Високотеплостійка штампова сталь

Високо теплостійка штампова сталь, яка містить вуглець, марганець, кремній, хром, молібден, ванадій, азот, алюміній, яка відрізняється тим, що додатково містить титан і вольфрам при наступному співвідношенні, мас. %: вуглець 0,2-0,4 марганець 1,2-1,5 кремній 0,01-0,15 хром 5,0-7,0 молібден 0,8-1,1 ванадій 0,5-1,5 азот 0,06-0,15 алюміній 0,005-0,02 титан 0,005-0,010 вольфрам 0,05-10,0 залізо решта. C2 1 (21) a200507737 (22) 04.08.2005 (24) 16.01.2006 (46) 16.01.2006, Бюл. № 1, 2006 р. (72) Шипицин Сергій Якович, Кірчу Іван Федорович, Бабиченко Михайло Владиславович (73) Шипицин Сергій Якович, Кірчу Іван Федорович, Бабиченко Михайло Владиславович (56) SU, 522 272, A, публ. 25.07.1976, Бюл. 27 SU, 1 125 283, A, публ. 23.11.1984, Бюл. 43 SU, 1 458 420, A1, публ. 15.02.1989, Бюл. 6 SU, 1 548 253, A1, публ. 07.03.1990, Бюл. 9 SU, 1 712 455, A1, публ. 15.02.1992, Бюл. 6 UA, 10 864, A, публ. 25.12.1996, Бюл. 4 RU, 2 023 045, C1, публ. 15.11.1994 GB, 1 098 952, A, publ. 10.01.1968 DE, 102 19 350, A1, publ. 28.11.2002 US, 6 117 388, A, publ. 12.09.00 US, 6 663 726, B2, publ. 16.12.03 JP, 01 176054, A, publ. 12.07.1989 JP, 02 073951, A, publ. 13.03.1990 3 74757 4 сталь за авторським свідоцтвом №1548253 - пробору пов'язано з тим, що в умовах електрошлакототип (С22С 38/32, Б.Ц. №9, 1991), яка вміщує вого кокільного лиття, тобто в умовах направленої елементи в наступних кількостях: (мас. частка, %): кристалізації, їх модифікуючий вплив майже відсувуглець 0,2-0,4; марганець 1,2-1,5; кремній 0,2-0,7; тній, а введення цих елементів в рідку ванну через хром 5,0-7,0; молібден 0,8-1,1; ванадій 0,1-1,0; шар флюсу практично неможливе. азот 0,07-0,10; алюміній 0,005-0,02; кальцій 0,005Новий діапазон вмісту в сталі кремнію, нижчий 0,05; магній 0,003-0,008; бор 0,0005-0,003; залізо ніж в прототипі. Це пов'язане з тим, що кремній решта. знижує розчинність азоту в розплаві і твердому Вказана сталь має підвищені теплостійкість і металі. Останнє негативно впливає на структуру і термостійкість у сполученні з достатньою техноловластивості дифузійного шару при поверхневому гічністю при термічному і деформаційному обробазотуванні або нітроцементації. Зокрема зменшуленні. Однак вона не достатньо технологічна при ється його глибина і в ньому формуються великі литті, особливо при електрошлаковому кокільному нітридні і карбонітридні фази. Це суттєво зменшує литті, і має недостатню термостійкість дифузійного термостійкість шару і експлуатаційний ресурс шару при хіміко-термічному поверхневому зміцштампів і прес-форм. При вмісті кремнію 0,15% і ненні (азотуванні, нітроцементації), яке, як відомо, нижче негативний вплив кремнію відсутній. суттєво підвищує експлуатаційний ресурс інструВиведення із складу сталі кальцію, магнію, боменту. Це пов'язано з високим вмістом в сталі ру пов'язане з тим, що в умовах електрошлакового кремнію, який знижує розчинність азоту в розплаві кокільного лиття, яке забезпечує низький вміст в і твердому металі, а також з низьким ефектом мосталі кисню і направлений характер кристалізації, дифікування сталі кальцієм, магнієм і бором в ефективність модифікування цими елементами умовах електрошлакового кокільного лиття. суттєво знижується, а їх наявність значно підвиМетою винаходу є підвищення технологічності щує собівартість виливків і ускладнює технологію сталі при електрошлаковому кокільному литті і їх виготовлення. термостійкості дифузійного шару, який формуєтьМетою введення до складу сталі титану є підся при хіміко-термічному поверхневому зміцненні. вищення гарячої тріщиностійкості сталі при електВизначена мета досягається тим, що штампорошлаковому литті. Особливо це необхідно при ва сталь, яка вміщує вуглець, марганець, кремній, виготовленні найбільш економічних, з мінімальним хром, молібден, ванадій, азот, алюміній, відрізняоб'ємом механічного оброблення заготовок, які ється тим, що вона додатково вміщує титан і вонаближені за геометричними параметрами до гольфрам при наступному співвідношенні компонентових штампів і прес-форм. Наявність в цьому витів (мас. частка, %): падку жорстких металевих стрижнів призводить до вуглець 0,2-0,4; значного браку виливків через гарячі тріщини. марганець 1,2-1,5; Підвищення гарячої тріщиностійкості, насамкремній 0,01-0,15; перед, можливо при диспергуванні дендритної хром 5,0-7,0; структури, що уповільнює формування металевого молібден 0,8-1,1; каркасу у виливку і підвищує пластичність металу ванадій 0,5-1,5; в температурному інтервалі крихкості за рахунок азот 0,06-0,15; покращення міжзеренного ковзання. алюміній 0,005-0,02; В умовах направленого характеру кристалізатитан 0,005-0,010; ції модифікування поверхнево активними елеменвольфрам 0,05-10,0; тами неефективне. В той же час модифікування за залізо решта. рахунок створення додаткових центрів кристалізаПерераховані ознаки складають суть винаходу ції вельми суттєве. і забезпечують досягнення технічного результату. Введення титану в сталь з азотом забезпечує Порівняння рішення, що заявляється, з протоформування в розплаві часток нітриду титану, які є типом показує, що сталь за винаходом відрізняефективними зародками центрів кристалізації. При ється від відомої тим, що додатково вміщує титан, кількості титану менше ніж 0,005% ефективність вольфрам і співвідношенням компонентів. модифікування низька і не впливає на гарячу тріЦе дозволяє зробити висновок про його відпощиностійкість, а при кількості більше ніж 0,01% відність критерію "новизна". формуються скупчення нітридних часток, що призВідомі сталі зі співвідношенням основних комводить як до зниження тріщиностійкості, так і для понентів, яке вони мають, не забезпечують необпідвищення експлуатаційних властивостей. Це хідну технологічність при електрошлаковому литті підтверджується наступними експериментальними і високу термостійкість дифузійного шару, який даними. формується при поверхневому хіміко-термічному Введення до складу сталі вольфраму забеззміцненні. Тому склад за винаходом, який забезпечує суттєве підвищення її теплостійкості за рапечує досягнення нового ефекту, відповідає крихунок твердо розчинного та дисперсійного (карбітерію "суттєві відміни". дами вольфраму) зміцнення. При кількості Достатньо високий рівень основних експлуавольфраму менше 0,05% цей ефект відсутній, а таційних властивостей сталі, зокрема теплостійкопри більше 10% сталь різко окрихчуєються. сті, термостійкості, гарячої зносостійкості, забезВ установці електрошлакового кокільного литпечує вміст і співвідношення основних легуючих тя УШ-159А під флюсом Ан - 295 були виплавлені елементів: вуглецю, марганцю, хрому, молібдену, сталь прототип (№1 в табл. 1), сталі складу, який ванадію, азоту, алюмінію. заявляється (№2-4 в табл. 1) і сталі із складами які Виключення зі складу сталі кальцію, магнію, виходять за межі складу, що заявляється (№5, 6 в 5 74757 6 табл. 1). З виливків вирізали сегменти розмірами Сталі розливали в циліндричний металевий 30х30х30мм. Після термообробки (гартування + кокіль з внутрішнім металевим стрижнем, який високий відпуск) на однакову твердість 43-45HRC, знаходився вісі виливка. Кільцевий виливок мав сегменти проходили газове поверхневе азотувантакі розміри: діаметр зовнішній - 200мм, діаметр ня в атмосфері аміаку під надлишковим тиском внутрішній - 140мм, висота - 100мм. 500мм водного стовпа при температурі 565±5°С Гарячу тріщиностійкість сталей визначали за протягом 5 годин. Ступінь дисоціації аміаку станонаявністю і сумарною довжиною гарячих тріщин на вила 35-40%. боковій поверхні кільцевого виливка. ЕксперименПараметри азотованого шару складали: глитальні дані по гарячій тріщиностійкості наведені в бина 0,15-0,17мм, мікротвердість 8400-8560МПа. табл. 2. Таблиця 1 Хімічний склад сталей № сталі 1 1 прототип 2 3 4 5 6 С 2 0,31 0,30 0,32 0,30 0,35 0,37 Mn 3 1,3 1,2 1,4 1,3 1,5 1,2 Si 4 0,65 0,10 0,13 0,15 0,40 0,15 Cr 5 6,1 5,9 5,5 6,3 6,0 6,1 Mo 6 1,0 0,9 0,8 1,0 0,9 0,9 Масова частка елементів, % V N Аl Са 7 8 9 10 0,8 0,08 0,017 0,03 0,12 0,09 0,015 0.5 0,06 0,005 0,15 0,12 0,02 0,12 0,10 0,015 0,13 0,08 0,02 Випробовування на термостійкість проводили в автоматичній установці з радіаційним нагріванням зразків в печі опору і їх охолодження у водяній ванні. Температура нагрівання складала 650±10°С, час витримки в одному циклі - 5 хвилин. Температура води - 40±5°С, час охолодження в одному циклі - 0,5хв. Таблиця 2 Гаряча тріщиностійкість № сталі 1 2 3 4 5 6 Сумарна довжина гарячих тріщин на поверхні виливків, мм 190 22 0 7 130 121 Mg 11 0,006 B 12 0,001 Ті 13 0,008 0,005 0,010 0,002 0,019 W 14 0,05 10,0 3,2 12,0 Термостійкість визначали за кількістю циклів 650°С 40°С до виникнення сітки розгарних тріщин на поверхні зразків, інтенсивністю відшаровування і руйнування азотованого шару і глибиною проникнення розгарних тріщин в об'єм зразків (табл. 3). Як видно з наведених експериментальних даних, сталь за винаходом суттєво перевищує за ударною в'язкістю, гарячою тріщиностійкістю і термостійкістю азотованого дифузійного шару сталь прототип і сталі з хімічним складом, який виходить за межі винаходу. При цьому, сталь за винаходом також переважає за основною експлуатаційною властивістю - теплостійкістю (табл. 4), яку визначали за часом, в продовженні якого при витримці при температурі 600°С твердість зразків знижувалась з 45HRC до 40HRC. Таблиця 3 Термостійкість сталі Після 1325 циклів Кількість циклів до Кількість циклів до поча№ Поверхня зруйнованого азоформування тріщин в тку відшаровування азоМаксимальна глибисталі тованого шару, % до загальазотованому шарі тованого шару на тріщин, мм ної поверхні зразка 1 350 555 70 0,200 2 750 935 15 0,010 3 775 943 13 0,008 4 760 925 15 0,012 5 380 585 5.0 0,210 6 320 490 55 0,180 7 74757 8 Таблиця 4 Теплостійкість сталі № сталі Ударна в'язкість KCU, Дж/см2 1 2 3 4 5 6 5,5 49,0 10,3 31,0 7,6 0,5 Комп’ютерна верстка M. Клюкін Час витримки при 600°С до зниження з 45HRC до 40HRC, годин 10 15 29 22 12 13 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601